基于发动机转速的车内噪声自适应主动控制系统研究

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随着人们对汽车产品要求的不断提高,车内噪声已经成为评价汽车乘坐舒适性的重要指标之一。传统的噪声控制主要采用隔振、隔声、消声、吸声等被动降噪措施,这些降噪方法对降低中高频段噪声作用显著,但对以低频噪声为主的车内噪声控制效果不佳。对低频噪声有效的控制手段是近年来发展起来的主动降噪技术,本文研究了以发动机转速信号构造初始次级声源参考信号的车内噪声主动控制方法。在对车内噪声进行了测试分析,并对车内噪声主动控制系统进行了深入仿真研究的基础上,本文建立了基于发动机转速的车内噪声自适应主动控制系统,分别在室内稳态和道路行驶条件下,对某轻型客车车内噪声进行了主动控制试验,取得了令人满意的结果。主要完成了以下研究工作:对车内噪声以及发动机噪声的产生机理和传播途径进行了分析和研究,并通过在某轻型客车上进行的车内噪声测试试验,得出了车内噪声以发动机引起的低频噪声为主,其各主要噪声峰值处频率与发动机转速直接相关的结论。由此,提出了以发动机转速信号构建初始次级声源参考信号,进行车内噪声实时自适应主动控制的方法,并给出了以转速信号构造参考信号的表达式。进行了LMS以及FXLMS自适应算法的推导,发现后者可以通过误差声通道传递函数估计来解决声延迟问题,并根据实时主动降噪的需要,提出了用LMS自适应算法进行在线误差声通道辨识的方法。计算机仿真结果表明这种误差声通道辨识方法是可行的。此外,还在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真分析,研究了FXLMS算法的滤波器阶数和收敛因子等控制参数的选择问题。建立了基于Simulink工具箱的车内噪声自适应主动控制系统的仿真模型,利用车内噪声测试试验数据进行了车内噪声主动控制的仿真研究,证实了以发动机转速构造初始次级声源参考信号的车内噪声自适应主动控制方法是<WP=72>可行的。在上述仿真研究的基础上,在某轻型客车上建立了的基于发动机转速的车内噪声实时自适应主动控制系统。该系统以发动机转速信号为输入,扬声器发声为输出,采用数字信号处理器(DSP)为控制器,FXLMS自适应滤波算法作为控制算法,并以驾驶员耳旁处的残余误差声信号为反馈进行自适应滤波器权系数调整。利用所建立的车内噪声自适应主动控制系统,在室内稳态和道路行驶工况下对某轻型客车进行了主动降噪试验。试验结果表明,所开发的基于发动机转速的车内噪声主动控制系统对车内低频噪声的降噪效果明显,在室内稳态工况下,驾驶员耳旁噪声值降低了9~13dB(Lin);在不同档位下匀速行驶时,驾驶员耳旁噪声值降低了8~9dB(Lin)。并且系统工作稳定、收敛速度快,可以满足车内噪声实时控制的需要。
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